Trong những năm gần đây, nhu cầu nước sạch cho sinh hoạt ở khu công nghiệp Nhơn Trạch ngày càng gia tăng, trong khi đó lưu lượng các giếng khai thác ngày càng suy giảm. Nước ngầm dùng cho sinh hoạt ở khu công nghiệp Nhơn Trạch - Đồng Nai chủ yếu được khai thác trong tầng trầm tích Pliocen.
KẾT QUẢ ÁP DỤNG CƠNG NGHỆ KHOAN TUẦN HỒN NGƯỢC TRONG KHOAN KHAI THÁC NƯỚC DƯỚI ĐẤT Ở NHƠN TRẠCH - ĐỒNG NAI NGUYỄN XUÂN THẢO NGUYỄN DUY TUẤN * ** Results of the application of reverse circulation technology to drill water wells in sedimentary strata in Nhon Trach – Dong Nai Abstract: One of the reasons for the degradation and damage to water production wells in Nhon Trach - Dong Nai Industrial Zone is due to the conventional circulation method used for the wells This method has several disadvantages in drilling water wells in sedimentary strata of Pliocene in Nhon Trach Within the scope of the article, the authors exhibit some preliminary results of the application of reverse circulation technology to drill water wells in sedimentary strata in Nhon Trach – Dong Nai ĐẶT VẤN ĐỀ * Trong năm gần đây, nhu cầu nước cho sinh hoạt khu công nghiệp Nhơn Trạch ngày gia tăng; lưu lượng giếng khai thác ngày suy giảm Nước ngầm dùng cho sinh hoạt khu công nghiệp Nhơn Trạch –Đồng Nai chủ yếu khai thác tầng trầm tích Pliocen Đây tầng giàu nước, nước sạch, bị nhiễm bẫn, cấu trúc địa tầng phức tạp bao gồm cát, cát sét,sét cát có lẫn sạn sỏi thạch anh Một nguyên nhân gây suy giảm lưu lượng giếng giếng khai thác trước thi cơng phương pháp khoan xoay tuần hồn thuận truyền thống Đây phương pháp có nhiều nhược điểm khoan khai thác nước đất địa tầng trầm tích bở rời trầm tích Pliocen Nhơn Trạch- Đồng Nai Để đảm bảo yêu cầu thiết kế, chất lượng giếng khai thác công suất khai thác, tác giả lựa chọn phương pháp khoan tuần hồn * ** Email: Thao.vimsat@gmail.com Viện Cơng nghệ Khoan Số 628- Hoàng Hoa Thám- Q Tây Hồ- Hà Nội Email: tuannd.vk@gmail.com ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2-2016 ngược để thi công giếng khoan khai thác nước địa tầng trầm tích Pliocen khu cơng nghiệp Nhơn Trạch –Đồng Nai ĐẶC ĐIỂM TẦNG CHỨA NƢỚC TRONG TRẦM TÍCH PLIOCEN (N2) Tầng chứa nước phân bố rộng rãi phần Trung tâm, phía Đơng Đơng Bắc nằm tầng Pleistocen Thành phần đất đá trầm tích Pliocen gồm cát, cát sét, sét cát, đơi nơi có lẫn sạn, sỏi thạch anh màu trắng Phần bị phong hóa mạnh, màu loang lổ chứa nhiều sạn sỏi Laterit màu nâu gụ.Tiếp theo lớp sét bột tồn tồn diện tích tầng chứa nước; tầng cách nước làm giảm yếu tố gây nhiễm bẩn tầng chứa nước Dưới lớp sét bột tầng chứa nước, thành phần đất gồm cát lẫn sạn sỏi dày từ 36 m đến 60 m Kết quan trắc 38 giếng khoan cho thấy, lưu lượng trung bình đạt từ l/s đến 19 l/s Hệ số dẫn nước (Km ) tầng chứa nước từ 300 m2 đến 720m2/ngày Mực nước tĩnh từ đến 20mét, dao động năm thường từ 17 đến 19 mét Kết tính tốn cho thấy trữ lượng nước tầng chứa đạt tới 110.000 m3/ngày Kết thí nghiệm, phân tích mẫu nước cho thấy nước tầng chứa có tổng độ khống hóa từ 0,03 mg/l đến 0,121; độ pH = 6,8; hàm lượng Cl từ 3,55mg/l đến 14mg/l; hàm lượng SiO2 từ 12.2mg/l đến 19mg/l; CO2 tự từ đến 10,2mg/l; nước không màu, không mùi, không vị không bị ô nhiễm chất thải bề mặt Như chất lượng nguồn nước tốt LỰA CHỌN CƠNG NGHỆ KHOAN TUẦN HỒN NGƢỢC TRONG TRẦM TÍCH PLIOCEN Ở NHƠN TRẠCH – ĐỒNG NAI Trong cơng nghệ khoan tuần hồn ngược có nhiều phương pháp trì nước rửa tuần hồn ngược hệ tuần hoàn giếng khoan : phương pháp bơm ép; phương pháp dùng máy bơm ly tâm, máy bơm chân không, máy bơm phun phương pháp dùng máy nén khí Mỗi phương pháp có ưu nhược điểm phạm vi áp dụng riêng Tuy nhiên, thực tế, phương pháp dùng máy bơm ly tâm phương pháp sử dụng máy nén khí để trì nước rửa tuần hoàn ngược giếng khoan phổ biến Phương pháp sử dụng máy bơm ly tâm đơn giản, hiệu suất không cao giới hạn hút máy bơm ly tâm, đặc biệt giếng khoan đường kính lớn sâu Hình Tiến độ khoan phụ thuộc vào phương pháp trì nước rửa tuần hoàn ngược giếng khoan 1- Phương pháp trì nước rửa tuần hồn ngược khí nén; 2- Phương pháp trì nước rửa tuần hồn ngược máy bơm ly tâm Đối với điều kiện địa tầng chứa nước trầm tích Pliocen, tác giả lựa chọn phương pháp khoan xoay kết hợp với trì nước rửa tuần hồn ngược khí nén Đây phương pháp dựa nguyên lý bơm erlift So với phương pháp sử dụng máy bơm ly tâm, phương pháp đạt hiệu suất cao, đặc biệt giếng khoan đường kính lớn sâu Hình tác giả trình bày phụ thuộc hiệu suất khoan vào phương pháp trì nước rửa tuần hồn ngược Phương pháp trì nước rửa tuần hồn ngược khí nén có ưu điểm thành phần đẩy lên từ giếng khoan gồm khí, nước mùn khoan (dòng ba pha) khơng tác động trực tiếp đến thành giếng khoan không ảnh hưởng đến đặc tính tầng chứa nước Từ hình ta thấy, khí nén từ máy nén khí theo t ống dẫn khí 10 hàn gắn kết với cần khoan xuống buồng phối khí Khi khí nén vào buồng tạo lên chênh lệch áp tác dụng áp suất khí nén, nước rửa mùn khoan vận chuyển lên phía Điểm quan trọng phương pháp trì nước rửa tuần hồn ngược giếng khoan khí nén lưu lượng khí nén để vận chuyển mùn khoan dòng nước rửa lên mặt đất hệ số ngập buồng phối khí giếng khoan Hệ số ngập buồng phối khí xác định cơng thức sau [ ]: hE h a E 0,5 (1) hE h0 H Trong đó:h0; hE- xem thích hình 3; H= h0 +hE - tổng chiều cao đẩy cột nước tính từ chiều sâu đặt buồng phối khí, m ; Thực tế theo số liệu thống kê quan trắc [ ] cho thấy tỷ lệ chiều cao đẩy cột nước tính từ chiều sâu đặt buồng phối khí H với chiều sâu lỗ khoan (h0 + hE + hU) nằm khoảng từ 0,25-0,1 hợp lý Lưu lượng khí cần thiết để vận chuyển mùn khoan dòng nước rửa lên mặt đất xác định theo công thức: ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2-2016 Qdd Plk Pdd (2) ln P0 P0 Trong đó: QK - lưu lượng khí cần thiết để vận chuyển mùn khoan dòng nước rửa lên mặt đất, m3/s; Qdd - lưu lượng dòng nước rửa vận chuyển lên mặt đất, m3/s; Plk - áp suất QK giếng khoan chiều sâu đặt buồng phối khí, MPa; P0 - áp suất khí (áp suất khơng khí miệng giêngs khoan), MPa; = 0,3 - hiệu suất vận chuyển Từ kết thực nghiệm cho thấy thay đổi phụ thuộc vào tốc độ dòng khí nén; giá trị nhỏ khí tốc độ dòng khí 1m/s Hình Sơ đồ trì nước rửa tuần hồn ngược khí nén h0- chiều cao đẩy cột nước tính từ mực nước thủy tĩnh,m; hE- chiều sâu ngập buồng phối khí tính từ mực nước thủy tĩnh, m hU- chiều dài lại lỗ khoan ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2-2016 KẾT QUẢ ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ KHOAN TUẦN HOÀN NGƢỢC KHAI THÁC NƢỚC DƢỚI ĐẤT Ở NHƠN TRẠCH - ĐỒNG NAI Để khoan giếng khoan (16 giếng) khai thác nước đất công nghệ tuần hoàn ngược, tác giả lựa chọn thiết bị dụng cụ khoan sau: Máy khoan УРБ-ЗАМ-500 cải tiến dùng để khoan khai thác nước đất công nghệ khoan rửa ngược Dụng cụ khoan gồm: cần khoan đường kính ngồi 127mm, dày mm, dài m có hàn ống dẫn khí nén CS 33x27 mm; Chòong khoan ba cánh đường kính 650mm; 550 mm; Máy nén khí PDS -750 Hình Cấu trúc địa tầng giếng khoan khai thác nước đất Nhơn Trạch - Đồng Nai khoan phương pháp trì nước rửa tuần hồn ngược khí nén Các giếng khai thác nước đất Nhơn Trạch- Đồng Nai khoan thăm dò đường kính 120 mm từ 0m-80 m Sau theo yêu cầu thiết kế giếng khai thác nước; giếng khoan khoan đường kính 550 mm đến chiều sâu 78 m công nghệ khoan xoay tuần hồn ngược (Cấu trúc giếng xem hình 3) Chế độ khoan sau: - Tải trọng chiều trục lên chòong khoan: 2500 N- 3000 N; - Tốc độ vòng quay: 25-30 v/ph - Áp suất khí nén: 0,5-0,6 Mpa; Trong trình khoan sử dụng dung dịch sét để ngăn ngừa sập lở thành giếng khoan Các thông số dung dịch sau: Trọng lượng riêng 1,05-1,1 g/cm3; độ nhớt biểu kiến 22-24 s; độ thải nước 8=10 cm3/30 ph Sau khoan đến chiều sâu thiết kế, giếng khoan thực công đoạn xây dựng, lắp đặt giếng.khai thác nước khoan cơng nghệ tuần hồn thuận Từ kết thực tế cho thấy tiêu kinh tế -kỹ thuật khoan giếng khai thác nước đất Nhơn Trạch- Đồng Nai cơng nghệ khoan tuần hồn ngược đạt giá trị cao so với cơng nghệ khoan tuần hồn thuận điều kiện (điều kiện địa tầng, yêu cầu thiết kế giếng, chiều sâu công suất khai thác) Nhơn Trạch – Đồng Nai (bảng 1) Bảng So sánh kết khoan giếng khai thác nƣớc dƣới đất Nhơn Trạch công nghệ tuần hoàn ngƣợc thuận Các tiêu - Thời gian trung bình khoan, h/giếng -Tiến độ khoan trung bình, m/h - Lưu lượng bình quân giếng, m3/h - Giá thành mét khoan KẾT LUẬN Từ kết nghiên cứu [ ] kết thực tế khoan khai thác nước đất Nhơn Trạch- Đồng Nai cơng nghệ khoan tuần hồn ngược cho thấy điều kiện địa tầng Nhơn Trạch, áp dụng phương pháp khoan xoay kết hợp với trì nước rửa tuần hồn ngược khí nén cho hiệu cao khoan phương pháp khoan xoay tuần hoàn thuận Trên sở kết nghiên cứu thực tiễn, ta lựa chọn phương pháp khoan xoay tuần hoàn ngược để khoan giếng khai thác nước đất phù hợp với điều kiện địa chất thủy văn, điều kiện tầng chứa nước, đảm bảo công suất thiết kế chất lượng giếng khai thác Cơng nghệ khoan tuần hồn ngược 55, 1,45 105 Cơng nghệ khoan tuần hồn thuận 67,8 1,12 93 Tỷ lệ tăng giảm so với tuần hoàn thuận Giảm 18% Tăng 23% Tăng 11% TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lê Kim Đồng nnk, 2006 Thiết kế chuyển đổi cơng nghệ khoan tuần hồn thuận sang cơng nghệ khoan tuần hồn ngược khoan khai thác nước đất điều kiện Việt Nam Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ Bộ Tài Nguyên Môi Trường [2] Xu Liu Wan, 2004 Air lift reverse circulation Drilling Technique in water well construction Institute of Exploration Technique China Academy of Geosciences Beijing [3] Wirth,1981 Drilling Technique manual Germany [4] Башкатов Д Н; Драхлис С Л и др 1988 Специальные работы при бурении и оборудовании скважин на воду Москва “Недра” Người phản biện: PGS.TS NGUYỄN SỸ NGỌC ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2-2016 ... THUẬT SỐ 2-2016 KẾT QUẢ ÁP DỤNG CƠNG NGHỆ KHOAN TUẦN HỒN NGƢỢC KHAI THÁC NƢỚC DƢỚI ĐẤT Ở NHƠN TRẠCH - ĐỒNG NAI Để khoan giếng khoan (16 giếng) khai thác nước đất cơng nghệ tuần hồn ngược, tác giả... hồn ngược cho thấy điều kiện địa tầng Nhơn Trạch, áp dụng phương pháp khoan xoay kết hợp với trì nước rửa tuần hồn ngược khí nén cho hiệu cao khoan phương pháp khoan xoay tuần hoàn thuận Trên sở... -Tiến độ khoan trung bình, m/h - Lưu lượng bình quân giếng, m3/h - Giá thành mét khoan KẾT LUẬN Từ kết nghiên cứu [ ] kết thực tế khoan khai thác nước đất Nhơn Trạch- Đồng Nai cơng nghệ khoan tuần